ADSORPSI Hg(II) DENGAN ADSORBEN ZEOLIT MCM-41 TERMODIFIKASI

J. Kaunia Vol. X No. 1, April 2014/1435: 1-10 ISSN 1829-5266 (print) ISSN 2301-8550 (online)

ADSORPSI Hg(II) DENGAN ADSORBEN ZEOLIT MCM-41 TERMODIFIKASI Sutardi1,*, Sri Juari Santosa2, dan Suyanta2 1

Madrasah Aliyah Negeri (MAN) Model Singkawang, Kalimantan Barat, Indonesia Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia

2

* Keperluan korespondensi, email: [email protected]

ABSTRACT Synthesis of MCM-41 through hydrothermal process toward the mixture of 7.52 g Na2SiO3 and 2.28 g cethyltrimethylammonium bromide (CTAB) in 19 ml H2O adjusted at pH 10 by using H2SO4 solution 1 M has been done. The mixture was continuously stirred for 2 h at room temperature, moved to autoclave and proceeded hydrothermally at 150oC for 36 h. The solid product was filtered, washed, dried in oven at 80oC for 24 h, and then calcined at 550oC for 6 h. While, for synthesis of NH2-MCM-41, mixture of 1,0 gr MCM-41 and 2,0 mL (3-aminopropyl) trimethoxysilane (APTMS) was refluxed for 24 h with 100 mL toluene. The solid product was filtered off and washed with toluene and ethanol respectively and dried in oven at 50oC for 2 h. The solid product was characterized by infrared spectrophotometry, Xray diffraction, TEM method, and sorption N2. The results of FTIR analysis showed the presence of Si-OH and Si-O-Si groups in the structure of MCM-41 and NH2-MCM-41. The existence of amino propyl functional groups was observed in the spectra NH2-MCM-41 showed the anchoring process against MCM-41 has been successfully carried out. The pattern of X-ray diffractgram and TEM image results for MCM-41 and NH2-MCM-41 showed a uniform hexagonal pore structure. The results of the analysis of N2 gas fisisorpsi by BET method showed that after anchoring process, the size of the surface area, pore diameter, and total pore volume decreases. The synthesized MCM-41 and NH2-MCM-41 were applied as adsorbent of Hg(II) in aqueous solution at pH 4. Adsorption of Hg(II) using MCM-41 followed the first order mechanism with value of k1 1.73 x 10-3 minute-1, while adsorption of Hg(II) using NH2-MCM41 fit well the second order mechanism with value of k2 3.97 x 10-5 (g/mol.minute). NH2MCM-41 possesed better adsorption capacities, i.e. 63,29 mg/g (3,16 x 10-4 mol/g) than MCM-41, i.e. 14,21 mg/g (7,09 x 10-5 mol/g). Keywords: MCM-41, NH2-MCM-41, adsorption Hg(II)

2

PENDAHULUAN Penggunaan merkuri yang luas pada berbagai bidang kehidupan memicu bertambahnya konsentrasi merkuri di lingkungan dan dapat menimbulkan pencemaran lingkungan. Pencemaran merkuri telah menjadi masalah besar bagi banyak negara, termasuk Indonesia. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa penggunaan merkuri dalam pertambangan emas di hulu dan sepanjang aliran sungai-sungai di beberapa wilayah Indonesia telah menyebabkan air dan sedimen serta mahluk hidup pada sungai tersebut terkontaminasi merkuri [1]. Pencemaran lingkungan oleh merkuri dilatarbelakangi oleh sifat merkuri yang mudah larut dalam air dan dapat terikat dalam jaringan tubuh organisme air, menyebabkan merkuri menjadi zat pencemar yang sangat berbahaya [2]. Sebagai contoh, kasus toksisitas merkuri yang terjadi pascaperang dunia ke-2 di Jepang yang disebut Minamata Disease. Berdasarkan penelitian ditemukan bahwa penduduk di sekitar kawasan tersebut mengkonsumsi ikan yang berasal dari laut sekitar teluk Minamata yang mengandung merkuri yang berasal dari buangan sisa industri plastik. Mereka mengalami gejala keanehan mental dan cacat saraf, terutama pada anakanak [3]. Berbagai upaya telah ditempuh untuk menurunkan konsentrasi logam beracun di lingkungan, salah satunya dengan metode adsorpsi. Metode adsorpsi banyak dipilih karena pengoperasiannya mudah, hemat energi, dan pemeliharaannya sederhana [4]. Beberapa adsorben telah diteliti untuk mengadsorp Hg(II) dari dalam larutan [5, 6, 7, 8] , namun ternyata memiliki kapasitas adsorpsi yang belum memuaskan sehingga

J. Kaunia Vol. X No. 1, April 2014/1435: 1-10

masih perlu dilakukan penelitian untuk mengkaji kemungkinan adsorben lain guna mengadsorp Hg(II) dari dalam larutan tersebut. MCM-41 merupakan material berpori sehingga dapat digunakan sebagai adsorben yang banyak diteliti karena memiliki luas permukaan dan ukuran pori yang cukup besar serta bentuk pori yang jelas [9]. MCM-41 memeiliki keterbatasan kemampuan adsorpsinya sehingga perlu dimodifikasi untuk meningkatkan kapasitas adsorpsinya, gugus fungsi pada MCM-41 dapat dimodifikasi dengan menambahkan gugus fungsional lain seperti aminopropil, aminoetil, dan propionamidaposponat [10, 11] . Beberapa peneliti telah mengaplikasikan MCM-41 termodifikasi tersebut untuk mengadsorp berbagai kation logam termasuk Hg(II), namun dalam penelitian tersebut belum ada kajian mengenai konstanta laju (k) dan stabilitas (K) adsorpsi sebagai salah satu faktor yang terkait dengan kelayakan bahan tersebut sebagai adsorben. Padahal data-data kinetika adsorpsi juga dibutuhkan terutama untuk perancangan proses adsorpsi skala besar. Berdasarkan pada permasalahan tersebut, maka dalam penelitian ini disintesis MCM-41 dan NH2-MCM-41, kemudian digunakan sebagai adsorben bagi Hg(II) dalam larutan. Kelayakan MCM-41 dan NH2-MCM-41 sebagai adsorben Hg(II) dalam medium air, dikaji melalui tinjauan kinetika dan keseimbangan adsorpsi. Kajian kinetika adsorpsi Hg(II) oleh MCM-41 dan NH2-MCM-41 dalam penelitian ini didasarkan atas hasil rumusan kinetika adsorpsi orde satu yang dikemukakan oleh Santosa dkk. [12] dan kinetika adsorpsi orde dua semu menurut Ho et al. [13]. Santosa dkk. merumuskan


model kinetika adsorpsi ion logam tunggal pada adsorben sebagai: C ln  Ao  CA CA

  

 k1

t Q CA

di mana CAo = konsentrasi spesies A dalam larutan awal (mol/L), CA = konsentrasi spesies A dalam larutan setelah waktu t (mol/L), k1 = konstanta laju reaksi orde satu (menit-1), Q = konstanta keseimbangan adsorpsi-desorbsi (mol/L)-1, dan t = waktu adsorpsi (menit). Jika diambil plot ln[(CAo/CA)/CA] lawan t/CA, akan diperoleh sebuah garis lurus dengan k1 sebagai slope dan Q sebagai intersep. Model kinetika order dua semu menurut Ho et al. mengikuti persamaan:

t 1 1   t 2 qt k 2 .qe qe di mana qt = jumlah logam teradsorp pada waktu t (mol/g), qe = jumlah logam teradsorp pada saat keseimbangan (mol/g), dan k2 = konstanta laju reaksi orde dua semu (g/mol.menit). Jika dilakukan plot t/qt lawan t, maka akan diperoleh harga konstanta laju reaksi k2 dan harga qe. Kesetimbangan adsorpsi Hg(II) oleh MCM-41 dan NH2-MCM-41 dikaji menggunakan model adsorpsi isoterm Langmuir: C eq m



1 1 (C eq )  b K .b

di mana Ceq = konsentrasi Hg(II) pada keadaan keseimbangan (mol/L), m = jumlah zat teradsorp per gram adsorben (mol/g), b = kapasitas adsorpsi Langmuir

3

(mol/g), dan K = tetapan afinitas adsorpsi (mol/L)-1. Dengan membuat plot Ceq/m lawan Ceq, maka nilai tetapan K dan b dapat ditentukan dari harga slope dan intersep grafik.

PROSEDUR PENELITIAN a. Bahan-bahan yang digunakan Bahan-bahan yang digunakan antara lain setiltrimetilamonium bromida (CTAB) buatan E.merck, larutan natrium silikat 25,5–28,5% SiO2 buatan E.merck, toluena buatan E.merck, (3-aminopropil)trimetoksisilan (APTMS) buatan E.merck, H2SO4 98% buatan E.merck, HgCl2 buatan BHD Limited Pool England, metanol, larutan bufer pH 4,00 dan pH 7,00, akuades dan akuabides buatan Laboratorium Biokimia PAU UGM. b. Alat yang digunakan Penelitian ini menggunakan beberapa jenis peralatan untuk kerja laboratorium, diantaranya seperangkat alat gelas, satu set alat refluks, lumpang porselen, penyaring Buchner, pengaduk magnet, hot plate, water bath, shaker, oven, timbangan digital model GR-200, furnace model FB 131OM33, dan autoclave (dibuat dari stainless steel dengan diameter luar 7 cm, diameter dalam 5 cm, tebal dinding 1 cm, dan tinggi tabung 12 cm. Tempat sampel dibuat dari teflon dengan diameter luar 5 cm, diameter dalam 4 cm, tebal dinding 0,5 cm, dan tinggi tabung 10 cm). Instrumen yang digunakan untuk karakterisasi material antara lain difraktometer sinar-X Shimadzu model XRD 6000, Spektrofotometer inframerah Shimadzu model FTIR 8201 PC, Gas Sorption Analyzer (GSA) NOVA

4

1200e Mikroskop elektron transmisi (Transmission Electron Microscope, TEM) jenis JEOL JEM-1400 dan Mercury Analyzer model Lab Analyzer LA-254. c. Cara kerja Sintesis MCM-41 dan NH2-MCM-41 Sintesis MCM-41 dilakukan dengan membuat campuran yang mengandung 7,52 gram Na2SiO3, 2,28 gram CTAB, dan 19 mL akuades. Campuran tersebut diatur pada pH 10 dengan penambahan larutan asam sulfat 1 M. Kemudian campuran diaduk dengan konstan selama 2 jam pada temperatur kamar. Selanjutnya campuran dipindahkan ke autoclave dan dipanaskan dalam oven pada temperatur 150oC selama 36 jam. Padatan hasil sintesis disaring, dicuci dengan air bebas ion dan dikeringkan dalam oven pada temperatur 80oC selama 24 jam. Tahap terakhir yakni penghilangan surfaktan CTAB dengan metode kalsinasi pada temperatur 550oC selama 6 jam. Sintesis NH2-MCM-41 dilakukan dengan membuat campuran 1 gram MCM41 yang telah dikalsinasi dengan 2 mL APTMS, kemudian direfluks dalam 100 mL toluene pada temperatur 60oC selama 12 jam. Padatan yang terbentuk disaring, dicuci berturut-turut menggunakan toluene dan etanol, kemudian padatan dikeringkan dalam oven pada temperatur 50oC selama 2 jam. Karakterisasi produk hasil sintesis dilakukan dengan metode spektrofotometri inframerah (FTIR), difraksi sinar-X (XRD), mikroskop elektron transmisi (TEM) dan fisisorpsi isotermal gas N2. Pengaruh pH medium Sederet larutan 50 mL Hg(II) 50 ppm dengan variasi pH 1, 2, 3, 4, 5, dan 6


disiapkan dengan cara menambahkan larutan HCl atau NaOH 1 M. Pada masingmasing larutan tersebut ditambahkan 0,05 gram MCM-41 berukuran 400 mesh kemudian digojog dengan shaker selama 3 jam pada temperatur kamar. Larutan selanjutnya disaring dengan kertas whatman 0,42 m. Konsentrasi Hg(II) sebelum adsorpsi dan yang tersisa dalam filtrat ditentukan dengan Mercury Analyzer. Prosedur yang sama dilakukan untuk adsorpsi Hg(II) menggunakan NH2-MCM41. Kinetika adsorpsi Larutan Hg(II) dengan konsentrasi 50 ppm pada pada pH tertentu di mana terjadi adsorpsi maksimal. Beberapa erlenmeyer ke dalamnya dimasukkan 50 mL larutan Hg(II) tersebut, ditambahkan 0,05 gram padatan MCM-41 hasil sintesis berukuran 400 mesh kemudian digojog dengan shaker terus menerus. Pada waktu yang telah ditetapkan, sampel diambil dari salah satu erlenmeyer dan segera disaring dengan kertas saring whatman 0,42 m. Konsentrasi Hg(II) sebelum adsorpsi dan yang tersisa dalam filtrat ditentukan dengan Mercury Analyzer. Prosedur yang sama dilakukan untuk adsorpsi Hg(II) menggunakan NH2-MCM-41. Termodinamika adsorpsi Sederet larutan 50 mL Hg(II) pada pH optimum, disiapkan dengan variasi konsentrasi 10, 20, 30, 40, dan 50 ppm. Pada masing-masing larutan tersebut ditambahkan 0,05 gram MCM-41 dan selanjutnya diaduk selama 24 jam dalam water bath pada temperatur 25oC. Selanjutnya disaring dengan kertas whatman 0,42 m. Konsentrasi Hg(II) sebelum adsorpsi dan


5

yang tersisa dalam filtrat diukur dengan Mercury Analyzer. Prosedur yang sama dilakukan untuk adsorpsi Hg(II) menggunakan NH2-MCM-41. Konsentrasi Hg(II) yang teradsorb pada MCM-41 dihitung berdasarkan perbedaan antara konsentrasi awal dengan konsentrasi sisa dalam larutan.

HASIL DAN PEMBAHASAN a. Karakterisasi material Gambar 1 menunjukkan hasil spektra inframerah dari material hasil sintesis. Pada spektra IR (A) yang merupakan spektra inframerah MCM-41 sebelum kalsinasi menunjukkan adanya gugus-gugus fungsional surfaktan CTAB, yakni serapan pada bilangan gelombang 3032,10 cm-1 yang menunjukkan adanya rotasi bebas gugus metil (-CH3), serapan pada 2924,09 cm-1 dan 2854,65 cm-1 yang menunjukkan vibrasi ulur asimetris dan simetris gugus (CH2-), serta serapan pada daerah 1481,33 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi menggunting –CH2- dan vibrasi tekuk asimetris CH3-N+ [14]. Pada spektra IR (B), serapan berurutan terjadi pada bilangan gelombang sekitar 3749,63 cm-1 dan 3402,43 cm-1 yang berhubungan dengan gugus hidroksi bebas dan berikatan hidrogen pada Si-OH. Serapan yang mencolok terjadi pada bilangan gelombang sekitar 802,39 cm-1 dan 1072,42 cm-1 berhubungan dengan regangan ulur simetrik dan asimetris Si-OSi pada struktur rangka MCM-41. Pita serapan pada daerah bilangan gelombang -1

439,77 cm menunjukkan vibrasi tekuk SiO-Si [15].

Gambar 1 Spektra IR MCM-41 prakalsinasi (A), MCM-41 setelah kalsinasi (B), dan NH2-MCM-41 (C)

Pada spektra IR (C), terdapat puncak pada 2939,52 cm-1 merupakan penunjuk untuk vibrasi stretching C-H yang disebabkan keberadaan grup propil. Puncak vibrasi C-N biasanya diobservasi pada bilangan gelombang 1000–3000 cm-1, tetapi peak ini sulit dilihat karena tumpang tindih dengan peak yang lain. Peak streching N-H teramati pada bilangan gelombang 30003300 cm-1 untuk grup asam amino. Puncak vibrasi O–H dari grup silanol pada MCM41 nampak pada 3410,15 cm-1. Terlihat bahwa setelah proses immobilisasi, intensitas vibras O-H menurun. Terjadinya penurunan vibrasi Si-OH pada 3410,15 cm1 setelah reaksi grafting menunjukkan berhasilnya reaksi penjangkaran (anchoring) antara Si-OH dan coupling agents silan [16], sebagai berikut:

6


Gambar 2 Proses penjangkaran aminopropil pada MCM-41

difraktogram sinar-X yang tidak mengalami perubahan setelah proses kalsinasi pada 550oC selama 5 jam. Bidang kristal (100) dan (200) dimungkinkan untuk dimiliki oleh material mesopori-mesostruktur MCM-50 dengan struktur layer (lamellar) maupun MCM-41 dengan struktur heksagonal. Material mesoporimesostruktur dengan struktur layer (lamellar) (MCM-50) akan berubah menjadi amorf dengan adanya pemanasan, sebaliknya hal ini tidak akan terjadi pada material MCM-41 dengan struktur [15] heksagonal .

Gambar 3 Difraktogram sinar-X MCM-41 pra-kalsinasi (A), MCM-41 setelah kalsinasi (B), dan NH2-MCM-41 (C)

Dari difraktogram sinar-X pada Gambar 3 menunjukkan bahwa setelah dilakukan kalsinasi, timbul puncak utama pada daerah 2θ yang kecil, yakni pada 2θ=2,1391o (d=41,26736 Å) yang diikuti puncak dengan intensitas rendah pada 2θ= 3,7870o (d=23,31290 Å) dan 2θ=4,3200o (d=20,43768 Å). Dari hasil perhitungan indeks bidang dan parameter kisi, diketahui bahwa harga d tersebut merupakan refleksi bidang hkl (100), (110) dan (200), sehingga dapat disimpulkan bahwa material hasil sintesis tersebut merupakan material kristal mesopori-mesostruktur heksagonal MCM41 [9]. Kesimpulan bahwa difraktogram pada Gambar 3 merupakan pola difraksi sinar-X dari material MCM-41 diperkuat oleh pola

Gambar 4 Foto TEM dari MCM-41 hasil sintesis

Timbulnya puncak utama pada daerah 2θ yang kecil (2°-3°) dan puncak-puncak dengan intensitas rendah yang mengikuti puncak utama menunjukkan karakter mesopori dengan keteraturan struktur pori yang baik (highly ordered) dari padatan hasil sintesis MCM-41. Puncak utama pada bidang kristal (100) dengan intensitas yang cukup tinggi menunjukkan bidang-bidang yang terbentuk banyak dan identik. Hal ini didukung oleh hasil analisis dengan TEM pada Gambar 4.


Tabel 1 Karakter permukaan dan pori material berdasarkan metode BET Material

Luas permukaan (m2/g)

Volume pori total (cm3/g)

Rerata Jari-jari pori (nm)

Tebal dinding pori (nm)

MCM-41

994,282

0,942

1,895

0,488

NH2MCM-41

650,390

0,384

1,181

1,196

b. Adsorpsi Hg(II) Gambar 5 menunjukkan bahwa pH medium memberikan pengaruh yang sangat signifikan pada adsorpsi Hg(II) oleh MCM41 maupun NH2-MCM-41. Terlihat bahwa adsorpsi oleh MCM-41 maupun NH2MCM-41 mulai terjadi secara signifikan pada pH 3-4. Hal ini karena pada pH<3,

situs aktif adsorben akan terprotonasi membentuk SiOH2+ pada MCM-41 dan RNH3+ pada NH2-MCM-41 [11].

Hg(II) Teradsorp (x10-5 mol/g)

Masuknya gugus organik aminopropil pada MCM-41 menyebabkan intensitas puncak difraktogram sinar-X melemah sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3 (C). Penurunan intensitas ini disebabkan terjadinya penurunan tingkat keteraturan bidang dengan d yang sama. Selain itu masuknya gugus fungsional organik aminopropil ke dalam permukaan saluran mesopori tersebut cenderung mengecilkan daya penghamburan sinar antara dinding silikat dengan pori [16] akibat dari gradien kerapatan dinding silikat dengan pori yang semakin kecil. Analisis pori berdasarkan persamaan BET menunjukkan bahwa setelah proses fungsionalisasi, ukuran luas permukaan, jari-jari pori, dan volume total pori mengecil, sementara tebal dinding pori meningkat sebagaimana ditampilkan dalam Tabel 1. Mengecilnya ukuran luas permukaan, jari-jari pori, dan volume total pori serta menebalnya dinding pori disebabkan masuknya gugus fungsional aminopropil ke sebagian besar saluran mesopori dalam dari MCM-41.

7

10 8 6 4 2 0 0

1

2

3

4

5

6

7

pH

Gambar 5 Adsorpsi Hg(II) oleh MCM-41(A) dan NH2MCM41 (B) sebagai fungsi pH

Selain berpengaruh terhadap situs aktif adsorben, pH medium juga berpengaruh terhadap spesiasi Hg(II) dalam larutan. Hg(II) pada pH rendah ada sebagai Hg2+, seiring dengan kenaikan pH akan terbentuk HgOH+ dan Hg(OH)2 hingga pada pH>4 sebagian besar Hg(II) ada dalam bentuk HgOH+ dan Hg(OH)2 [17]. Adanya ligand OH- dimana atom oksigennya kaya pasangan elektron bebas dan elektronegativitasnya yang besar sehingga bermuatan parsial negatif, menyebabkan menurunnya interaksi Hg(II) dengan sisi aktif SiOH pada MCM-41 maupun -NH2 pada NH2-MCM-41 yang juga kaya pasangan elektron bebas dan bermuatan negatif sehingga pada pH tinggi adsorpsi Hg(II) menurun. Pola adsorpsi Hg(II) oleh padatan hasil sintesis NH2-MCM-41 disajikan dalam Gambar 6. Adsorpsi Hg(II) dalam jumlah relatif banyak terjadi pada menit-menit awal. Adsorpsi terjadi karena adanya interaksi antara situs aktif gugus silanol, Si-OH, maupun -H2 sebagai basa dengan Hg(II) yang bertindak sebagai asam.


Hg(II) Teradsorp (x10-5 mol/g)

8

padatan MCM-41 merupakan adsorpsi orde satu dan adsorpsi Hg(II) oleh padatan NH2MCM-41 merupakan adsorpsi orde dua.

12 10 8 6 4 2 0 0

100

200

300

400

Waktu Adsorpsi (Menit)

Gambar 6 Grafik hubungan antara waktu adsorpsi dengan jumlah Hg(II) teradsorb/gram padatan MCM-41 (A) dan NH2MCM-41 (B)

Kajian kinetika adsorpsi Hg(II) oleh MCM-41 dan NH2-MCM-41 yang didasarkan atas hasil rumusan kinetika adsorpsi orde satu oleh Santosa dkk. [12] dan kinetika adsorpsi orde dua semu oleh Ho et al. [13] menghasilkan parameter kinetika yang ditunjukkan pada Tabel 2 dan 3. Tabel 2 dkk.

Parameter kinetika adsorpsi orde satu menurut Santosa Parameter Adsorpsi-Desorpsi

Material

MCM-41 NH2MCM-41

Q (mol/L)-1

k1 (menit-1)

k-1 (menit-1) (mol/L)

R2

63,41

1,73x10-3

2,73x10-5

0,914

-3

-5

0,902

457,86

4,89x10

1,07x10

Tabel 3 Parameter kinetika adsorpsi orde dua semu menurut Ho et al. Parameter Adsorpsi Material MCM-41 NH2-MCM-41

k2 (g/mol.menit)

R2

100,99

0,674

3,97x10

-5

0,998

Dari harga koefisien korelasi pada Tabel 2 dan 3, terlihat bahwa grafik adsorpsi orde satu oleh MCM-41 lebih linear dari grafik adsorpsi orde duanya, sedangkan untuk NH2-MCM-41 grafik adsorpsi orde dua lebih linear. Dapat disimpulkan bahwa adsorpsi Hg(II) oleh

c. Termodinamika Adsorpsi Kesetimbangan adsorpsi Hg(II) oleh MCM-41 dan NH2-MCM-41 yang dikaji menggunakan model adsorpsi isoterm Langmuir menghasilkan parameter adsorpsi sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 4. Tabel 4

Parameter adsorpsi isoterm Langmuir Parameter adsorpsi Langmuir

Material b (mol/g)

K (mol/L)-1

E (kJ/mol)

MCM-41

7,09x10-5

75305,68

27,821

0,974

NH2MCM-41

3,16x10-4

9282,73

22,635

0,901

R2

Dari Tabel 4 terlihat bahwa kapasitas adsorpsi NH2-MCM-41 sekitar 4,5 kali lebih besar dibandingkan kapasitas adsorpsi MCM-41. Dengan demikian, dapat dinyatakan bahwa adanya modifikasi situs aktif pada MCM-41 dengan menambahkan gugus -NH2 mampu meningkatkan kapasitas adsorpsinya terhadap Hg(II) dalam larutan. Pada MCM-41, situs aktif yang terlibat dalam adsorpsi adalah gugus silanol, Si-OH dan pada NH2-MCM-41 situs aktif yang terlibat adalah Si-OH dan -NH2. Sebagaimana prinsip Hard Soft Acid and Base (HSAB) yang mulanya dikemukakan oleh Pearson [18] dan dikembangkan oleh para ahli lainya, gugus -NH2 kemungkinan akan berinteraksi lebih baik dengan Hg(II) mengingat gugus -NH2 lebih lunak dari gugus –OH. Oleh karena itu, Hg(II) dalam larutan akan berinteraksi terlebih dulu dengan gugus -NH2 dengan energi adsorpsi yang lebih besar. Setelah semua gugus NH2 jenuh, ion Hg(II) akan berinteraksi


Kapasitas adsorpsi (mg/g)

dengan gugus silanol dengan adsorpsi yang lebih lemah. 100

energi

81,97

80

63,29

62,11 52,67

60 40 20

9

14,21

25,38

20,00 9,73

aluminat seperti abu layang batu bara dan abu sekam padi [21]. Keunggulankeunggulan tersebut menjadikan adsorben ini cukup layak dipertimbangkan sebagai salah satu adsorben alternatif untuk mengurangi keberadaan Hg(II) dalam medium air.

4,00

0

KESIMPULAN

Gambar 7 adsorben

Grafik kapasitas adsorpsi Hg(II)

oleh beberapa

Kapasitas adsorpsi NH2-MCM-41 terhadap Hg(II) pada penelitian ini hampir sama besar dengan adsorben yang dibuat dari gambut hasil pelapukan lumut (moss peat) [19] dan karbon aktif terozonasi [20], bahkan bila dibandingkan dengan adsorben lain seperti tanah diatomeae dan MBTdiatomeae [5], karbon aktif dari tempurung kelapa [6], karbon aktif dari abu sekam padi [7] , dan zeolit termodifikasi [8], NH2-MCM41 hasil sintesis dalam penelitian ini mempunyai kapasitas adsorpsi yang lebih besar. Selain kapasitas adsorpsinya yang relatif cukup besar, MCM-41 juga memiliki keunggulan lain seperti volume pori yang besar dan fleksibilitas ukuran porinya yang dapat diatur dengan menggunakan surfaktan dan kondisi reaksi yang sesuai, sehingga memungkinkannya untuk digunakan dalam adsorpsi selektif. MCM-41 juga berpeluang untuk dikembangkan sebagai adsorben yang murah karena selain dari bahan murni, MCM-41 juga telah berhasil disintesis dari bahan limbah sebagai sumber silikat dan

Sintesis MCM-41 dapat dilakukan dengan metode hidrotermal menggunakan setiltrimetila-monium bromida (CTAB) sebagai cetakan pori dan dapat dimodifikasi menjadi NH2-MCM-41 melalui reaksi penjangkaran menggunakan (3-aminopropil)trimetoksisilan (APTMS). MCM-41 dan NH2-MCM-41 mampu mengadsorp Hg(II) dari dalam larutan dengan adsorpsi maksimal terjadi pada pH 4. Kajian kinetika menunjukkan bahwa adsorpsi Hg(II) oleh padatan MCM-41 mengikuti kinetika orde satu dengan harga konstanta laju k1 1,73 × 10-3 menit-1, sedangkan adsorpsi Hg(II) oleh padatan NH2-MCM-41 mengikuti kinetika orde dua dengan konstanta laju k2 3,97 × 10-3 (g/mol.menit). Modifikasi MCM-41 dengan menambahkan gugus aminopropil terbukti mampu maningkatkan kapasitas adsorbsi hampir 4,5 kalinya, yakni sebesar 63,29 mg/g (3,16 × 10-4 mol/g) pada padatan NH2-MCM-41 dibandingkan kapasitas adsorbsi MCM-41 tanpa modifikasi, yaitu sebesar 14,21 mg/g (7,09 × 10-5 mol/g). UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Kementerian Agama Republik Indonesia yang telah memberikan dana penelitian ini dan kepada segenap pengelola Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Gadjah Mada yang telah memberikan kesempatan melakukan penelitian ini hingga paripurna.

10


DAFTAR RUJUKAN [1]

[2]

[3] [4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

Sodikin, Amir, 2003, Awas, Bencana Merkuri Mengintai Kalimantan, Harian Kompas, Edisi Selasa, 15 Juli 2003. Budiono, Achmad, 2002, Pengaruh Pencemaran Merkuri Terhadap Biota Air, Makalah Pengantar Filsafat Sains, Institut Pertanian Bogor. Faust, S.D. and Aly, O.M., 1981, Chemistry of Natural Waters, Butterworths, London. Heidari A., Younesi H., and Mehraban Z., 2009, Removal of Ni(II), Cd(II), and Pb(II) from a ternary aqueous solution by amino functionalized mesoporous and nano mesoporous silica, J. Chem. Eng., 153, 70–79. Purwanto, A., 1998, Impregnasi 2Merkaptobenzotiazol pada Tanah diatomeae dan Pemanfaatannya sebagai adsorben Hg(II) dalam Medium Air, Skripsi, Fakultas MIPA, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Wahi, R., Ngaini, Z., and Usun, J.V., 2009, Removal of Mercury, Lead and Copper from Aqueous Solution by Activated Carbon of Palm Oil Empty Fruit Bunch, World Appl. Sci. J., 5 (Special Issue for Environment): 84-91. El-Said, A.G., Badawy, N.A., and Garamon, S.E., 2010, Adsorption of Cadmium (II) and Mercury (II) onto Natural Adsorbent Rice Husk Ash (RHA) from Aqueous Solutions: Study in Single and Binary System, J. American Sci., 2010;6(12). Saleh, N.M., Rafat, A.A., Awwad, A.M., 2010, Chemical Modification of Zeolit Tuff for Removal Hg(II) from Water, Environ. Research, 4 (4): 286290. Zhao, X.S., Lu, G.Q., and Millar, G.J., 1996, Advences in Mesoporus Molecular Sieve MCM-41, Ind. Eng. Chem. Res., 35, 7, 2075-2090. Yoshitake H., Yokoi T., and Tatsumi T., 2003, Adsorption Behavior of Arsenate at Transition Metal Cations Captured by Amino-Functionalized Mesoporous Silicas, J. Chem. Matter. 2003, 15, 1713-1721 Lam K.F., Yeung K.L, and Mckay G., 2007, Efficient Approach for Cd2+ and Ni2+ Removal and Recovery Using Mesoporous Adsorbent with Tunable Selectivity, Environ. Sci. Technol., 2007, 41, 3329-3334. Santosa, S.J., Siswanta, D., Kurniawan, A., dan Rahmanto, W.H., 2007, Hybrid of Chitin and Humic Acid as High Performance Sorbent for Ni(II), J. Surface Sci., 601, 5155–5161. Ho, Y.S., Mc Kay, G., Wase, DAJ, and Foster, CF., 2000, Study of the Sorption of Divalent Metal Ions onto Peat, J. Adsorp. Sci.Technol., 18, 639-650.

[14] Holmes, S.M., Zholobenko, V.L., Thusfield, A., Plaisted, R.J., Cudy, C.S., and Dewyer, J., 1998, In situ FTIR Study of the Formation MCM-41, J.Chem Soc. Faraday Trans., 94, 14, 2025-2032. [15] Sutrisno, H., Arianingrum, R., dan Ariswan, 2005, Silikat dan Titanium Silikat Mesopori-Mesotruktur Berbasis Struktur Heksagonal dan Kubik, Jurnal Matematika dan Sains, Vol. 10 No. 2, Juni 2005, hal 69-74. [16] Hamid, S., Syed, W.H., and Farrokh, R., 2009, Modified Mesoporus Silicate MCM-41 for Zinc Ion Adsorption: Synthesis, Characterization and Its Adsorption Behavior, J. Chinese Chem., 27, 21712174. [17] Arias, M., Barral, M. T., Silva, D.J., Mejuto, J.C., and Rubinon, D., (2004), Interaction of Hg(II) with kaolin-humic acid complexes, J. Clay Minerals, (2004) 39, 35–45 [18] Pearson, R.G., 1968, Hard Soft Acids and Base, HSAB, J. Chem. Educ., 45:581. [19] Bulgariu, L., Ratoi, M., Bulgariu, D., and Macoveanu, M., 2008, Equilibrium Study Of Pb(Ii) And Hg(Ii) Sorption From Aqueous Solutions By Moss Peat, J. Environ. Eng., 2008, Vol.7, No.5, 511516. [20] Sanchez, M. And Rivera, J., 2002, AdsorbentAdsorbate Interactions in the Adsorption of Cd(II) and Hg(II) on Ozonized Activated Carbons, Environ. Sci. Techno., 36, 3850-3854. [21] Sutarno, 2005, Synthesys of Faujasite and MCM-41 from Fly Ash and its Application for Hydrocracking Catayst of Heavy Petroleum Destillate, disertasi, Fakultas MIPA, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

ADSORPSI Hg(II) DENGAN ADSORBEN ZEOLIT MCM-41 TERMODIFIKASI

Recommend Documents